据外媒报道，肯尼索州立大学（Kennesaw State University）的研究人员正在开发一种硫改性固体电解质，旨在改善固态电池中锂离子的移动，从而解决阻碍该技术更广泛应用的主要技术障碍。

图片来源：肯尼索州立大学

固态电池用固体材料取代了传统锂离子电池中使用的易燃液态电解质，从而降低了火灾风险并提高了热稳定性。然而，锂离子在固体材料中的移动速度较慢，限制了充电速度和整体性能。

该研究由电气与计算机工程系（Department of Electrical and Computer Engineering）助理教授Beibei Jiang领导，其团队正在研究一种结合陶瓷和聚合物成分的复合固体电解质。研究人员通过用硫基化学基团改性这种复合材料，旨在降低材料界面处的电阻，使锂离子能够更有效地移动。

Beibei Jiang教授表示：“我们的目标是替换掉所有易燃部件，使电池更加安全。通过去除液态电解质并重新设计电池内部的固态材料，我们可以在提高性能的同时，降低过热、短路和起火的风险。”

固态电池被广泛认为是电动汽车、电网储能和消费电子产品的下一步发展方向，但离子传输速度慢一直是持续存在的挑战。Beibei Jiang教授的团队专注于改善不同固体材料之间的内部结合，而不是重新设计整个电池结构。

该团队在复合电解质中引入了硫基化学基团，改善了陶瓷相和聚合物相之间的结合力。这降低了界面电阻，使锂离子能够在固体结构中更自由地移动。Beibei Jiang教授说：“锂离子就像高速公路上的汽车。我们的硫改性就像是把这条高速公路铺平，让锂离子能够更快地移动，这意味着电池可以更快地充电，性能也更好。”

在实验过程中，研究人员还发现电解质陶瓷部分中的硫和锆之间存在强烈的相互作用。研究团队表示，这种相互作用在观察到的性能提升中起着关键作用，并且在以前的固态电池研究中从未被记录过。Beibei Jiang教授说：“我们是第一个提出硫和锆之间存在这种强相互作用的研究团队。我们认为这种相互作用是性能提升的主要原因。”

这一发现纯属意外：在早期测试中，学生们注意到一种反应发生的速度远超预期。研究团队并没有放弃这一结果，而是深入调查其原因，并调整了实验流程，使其可控。

大部分研究工作都在Beibei Jiang教授位于肯尼索州立大学玛丽埃塔校区（Marietta Campus）的实验室进行，学生们在那里合成材料、组装原型电池，并使用纽扣电池设计测试其性能。

Beibei Jiang教授说：“我们现在的重点是证明这种设计可行、稳定可靠。一旦我们能证明这一点，就可以考虑规模化生产和制造了。”虽然这项技术仍处于早期阶段，但研究人员认为，如果能够证明其长期稳定性和可制造性，这种材料方法可适用于一系列电池应用。